7.1.5. Баланс активних потужностей асинхронного двигуна.

Баланс активних потужностей асинхронного двигуна можна уявити таким рівнянням

Р_е = Р_1е + Р_м + Р_2е + Р_мех = Р_1е + Р_м + Р_2е + Р_мех + Р.

Тут:

• Р_е = 3U₁I₁cos  ₁ – потужність, що споживається двигуном з мережі;

• Р_1е = 3 I₁²R₁ – електричні втрати в обмотці статора (втрати в міді);

• Р_м – магнітні втрати в сталі статора;

Магнітні втрати в роторі пропорційні частоті f₂, дуже малі і ними нехтують.

• Р_2е = 3 I₂²R₂ – електричні втрати в обмотці ротора (втрати в міді);

• Р_мех – повна механічна потужність, що розвивається двигуном;

• Р_мех – механічні втрати в двигуні;

• Р – корисна потужність на валу двигуна.

Корисна механічна потужність двигуна Р менша за потужність Р_мех на величину механічних втрат в двигуні: Р = Р_мех – Р_мех.

Величина Р_е м = Р_е – Р_1е – Р_м уявляє собою електромагнітну потужність двигуна, що передається від статора до ротору через обертове магнітне поле.

В заводському паспорті, на щитку двигуна і в каталогах вказується не споживана з мережи електрична потужність Р_е, а корисна механічна потужність Р_н на валу двигуна при номінальному режимі роботи.

7.1.6. Режими роботи асинхронних машин.

Вище (див. п. 7.1.4) була отримана формула для обертового моменту асинхронного двигуна .

Якщо за цією формулою побудувати графік залежності М_об(s) при зміні у широких межах ковзання s, то отримується крива, показана на рис. 7.12.

Рис. 7.12

На цьому графіку проглядаються три області, які відповідають трьом режимам роботи асинхронної машини:

1. Режим двигуна (0 < s ≤ 1).

2. Режим генератора (момент на валу від’ємний при s < 0).

3. Режим електромагнітного гальма .

Останній режим – режим противключення, коли вал із ротором обертається в протилежний бік відносно напрямку обертання магнітного поля.

7.1.7. Регулювання частоти обертання валу асинхронного двигуна.

Регулювати частоту обертання валу асинхронного двигуна можна трьома способами. Перші два випливають із формули (див. п. 7.1.2), а третій – із співвідношення n₂ = n₁(1 – s) (див. п. 7.1.1).

Отже, ці способи такі:

1. Зміною частоти змінного струму мережі живлення f.

2. Зміною числа пар полюсів р.

3. Ковзанням s, що можливо тільки у машин із фазним ротором.

Зміна частоти змінного струму. Найбільш перспективним способом регулювання частоти обертання асинхронного двигуна є частотний. При цьому способі частоту змінного струму, що підводиться до обмотки статора двигуна, змінюють за допомогою спеціального пристрою – перетворювача частоти. Зміна частоти зумовлює зміну швидкості обертання магнітного поля n₁, а це, в свою чергу, – до зміни швидкості обертання ротора. Регулювання зміни частоти струму вигідно здійснювати, коли є велика група двигунів, що вимагають спільного плавного регулювання швидкості обертання.

Зміна числа полюсів електродвигуна. Для можливості зміни числа пар полюсів електродвигуна статор його виконують або з двома самостійними трифазними обмотками, або з однією трифазною обмоткою, яку можна переключати на різні числа полюсів.

Обмотки котушок кожної з фаз складаються з двох секцій. Дві секції однієї фази при їх з’єднані послідовно створюють чотири магнітних полюси. Ті ж секції, з’єднані паралельно між собою, створять тільки два полюси. Перемикання секцій обмоток статора здійснюється за допомогою спеціального апарата – контролера. При цьому способі регулювання швидкості обертання валу двигуна відбувається стрибками.

Регулювання швидкості обертання валу двигуна шляхом зміни числа полюсів можна проводити тільки у асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором. Ротор з короткозамкненою обмоткою може працювати при різних числах полюсів магнітного поля. Навпаки, ротор двигуна з фазною обмоткою може працювати нормально лише при певному числі полюсів поля статора. Інакше обмотку ротора також довелося б перемикати, що внесло б значні ускладнення в схему двигуна.

Введення опору в ланцюг ротора. Перші два способи регулювання швидкості обертання асинхронного двигуна вимагають або спеціального виконання двигуна, або наявності спеціального перетворювача частоти і тому широкого поширення не отримали.

Третій спосіб регулювання швидкості обертання асинхронних двигунів полягає в тому, що під час роботи двигуна в коло обмотки ротора вводять опір регулювального реостата (див. п. 7.1.3).

Із збільшенням активного опору кола ротора зростає величина ковзання s, відповідна заданому значенню обертаючого моменту М (величина обертаючого моменту, що розвивається двигуном, дорівнює моменту опору на валу двигуна). Таким чином, введенням додаткового активного опору в коло фазного ротора, збільшується ковзання s і, отже, знижується швидкість обертання ротора n₂. Такий спосіб регулювання застосовується тільки для асинхронних двигунів з фазним ротором. Регулювальний реостат включають в коло ротора так само, як і пусковий реостат. Різниця між пусковим і регулювальним реостатом полягає в тому, що регулювальний реостат розрахований на тривалу дію струму. Для двигунів, у яких проводиться регулювання швидкості обертання шляхом зміни опору в колі ротора, пусковий та регулювальний реостати об’єднуються в один пускорегулювальний реостат. Недоліком цього способу регулювання є те, що в регулювальному реостаті відбувається значна втрата потужності, тим більша, чим ширше регулювання швидкості обертання двигуна.

Реверс асинхронних електродвигунів. Для зміни напрямку обертання (реверсування) асинхронного двигуна слід поміняти місцями два будь-яких проводи з трьох, що йдуть до обмоток статора. При цьому змінюється напрямок обертання магнітного поля статора і двигун стане обертатися в інший бік. Реверсування двигуна може бути здійснено за допомогою перемикача (перекидного рубильника), магнітного пускача та інших пристроїв.

Гальмування асинхронних двигунів. В умовах експлуатації нерідко виникає необхідність гальмування двигуна з метою прискорити його зупинку.

Гальмування електродвигунів може бути механічним, електричним і електромеханічним.

Електромеханічне гальмування здійснюється за допомогою стрічкового або колодкового гальма, що діє на гальмівний шків, закріплений на валу двигуна. Ослаблення стрічки або колодок здійснюється гальмівним електромагнітом, обмотка якого з'єднана паралельно з обмоткою статора двигуна.

Якщо при роботі двигуна переключити дві будь-які фази, то при цьому двигун почне розвивати обертаючий момент, спрямований у протилежний бік. Обертання ротора сповільнюється. Коли швидкість обертання наближається до нуля, слід відключити двигун від мережі, інакше під дією моменту, що розвивається, він почне обертатися в протилежному напрямку. Застосовуються й інші способи електричного гальмування асинхронних електродвигунів.